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Industriebrenner mit rekuperativer Luftvorwärmung Die Erfindung
betrifft einen Industriebrenner» vorzugsweise für gasförmige Brennstoffe, mit rekuperativer
Luftvorwärmung'zur Beheizung von Ofenräumen, mit einer zentral angeordneten# Brennstoffdüse,
die von zumindest einem Luftzufuhrkanal umgeben Ist, längs dessen Außenwandung innerhalb
eines zu ihm konzentrischen Mantelrohres axiale Abgasabführkanäle ausgebildet sind,
denen In axialer Richtung sich erstreckende und von den Abgasen bestrichene Wärmetauscherflächen
eines Rekuperators zur Luftvorwärmung zugeordnet sind und die mit der Mündung der
Brennstoffdüse und des Luftzufuhrkanales in Verbindung stehen& Beispiele derartiger
Industriebrenner sind etwa in der Zeitschrift "Gaswärmell, Band 10,
19619 S. 28-36 oder in der DAS 1 232 304 beschrieben. Bei diesen
Brennern, die_ im Zusammenhang mit sog. Strahlheizrohren und insbesondere Mantelstrahlheizrohren
verwendet werden, wird die Luft, die Im Gegenstrom zu den Abgasen strömt, auf ihrem
Weg zur Brennerdüsenmündung vorgewärmt. Zu diesem Zwecke ist regelmäßig ein Rippenrekuperator
vorgesehen, der Im wesentliehen aus radial gestellten Wärmetauscherblechen besteht,
die einerseits in axialer Richtung im Luftzufuhrkanal
verlaufen
und von der zu erwärmenden Luft =strömt sind und andererseits in einen Abgasabführkanal
ragen, in dem die an ihnen entlang streichenden heißen Abgase ihren Wärmeinhalt
zu einem gewissen Betrag an sie abgebene Mit derartigen Rippenrekuperatoren läßt
sich bei Ofentemperaturen um 900 0 C ein feuerungstechnischer Wirkungsgrad
von ca, 70.% erzielen, was im Brenner- und Industrieofenbau an sich einen günstigen
Wert darstellt. Trotzdem bestand das Bedürfnis, den Wirkungsgrad der Brenner weiter
zu verbessern und eine Brennerkonstruktion zu schaffen, die es gestattet, eine Absenkung
der Temperatur der Abgase zu erzielen und die damit verbundenen Vorteile wahrzunehmen,
und zwar ohne daß der Platzbedarf oder die Ilerstellungs- oder Betriebskosten des
Brenners deshalb erhöht werden müßten, Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße
Industriebrenner dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdüse von einem konzentrischen
Luftleitzylinder umgeben ist, der mit dem Mantelrohr einen Ringspalt begrenzt, welcher
durch im wesentlichen radial sich erstreckende Zwischenwände in nebeneinanderliegende
axiale Kanäle unterteilt ist, die abwechselnd als Luft.zufuhrkanäle im Bereiche
der Brennstoffdüsenmündung nach innen münden sowie mit Luft beaufschlagbar und als
Abgaskarfäle mit einer Abgassammelleitung verbunden sind. Dieser Brenner ergibt
wegen der großen wirksamen Wärmeaustauscherfläche, die durch die Trennwandungen
zwischen den Gasabfuhr- und den Luftzufuhrkanälen gegeben ist, eine sehr hohe Luftvorwärmung,
während gleichzeitig wegen der vielfachen Unterteilung des der Flamme zuSeführten
Luftstromes
sich eine sehr günstige Ii"lammenausbildung einstellt. Darüber hinaus sind die Wärmeaustauscherwege
sehr klein, so daß ein guter Wärmeaustausch gewährleistet ist, während andererseits
innerhalb des Luftleitzylinders ein verhältnismäßig großer freier Raum zur VerPügung
bleibt, der für die Anordnung der ZündeinrichtungenKühlluftleitungen bei öldüsen
usw. zur Verfügung steht, Die konstruktive Gestaltung des neuen Drenners kann in
erfindungegemäßer Weise insbesondere derart getroffen werden, däß In dem Ringspalt
ein ziehharmonikaartig gefalteter B lechformteil angeordnet ist, dessen Falten auf
der einen Seite mit dem Mantelrohr die axialenAbgasicanäle begrenzen und auf der
anderen Seite die mit Luft beaufschlagbaren Luftzufuhrkanäle umschließen. Die sich
ergebende Bauform ist ganz besonders einfach, wobei hinzukommt, daß sie sich in
hervorragendem Maße für die Serienfertigung eignet, Zur Herstellqng des Rekuperators
kann hierbei derart vorgegangen werden, daß ein Blechstreifen aus geeignetem hitzebeständigem
Material zwischen zwei Walzen wellblechartig verformt und anschließend durch Raffen
in die Faltenform gebracht wird. Hierauf ist es zweckmäßig, wenn die die Luftzufuhrkanäle
bildenden Falten auf der der Brennstoffdüse zugqwandten Stirnseite durch aufgeschweißte
Stirnwände abgeschlossen werden, so daß die z ugeführte Luft etwa seitlich ..radial
von außen in die Flamme eingeblasen wird* Um der austretenden Luft einen günstigen
Strömungewinkel zur Ausbildung einer geeigneten Flamme zu geben, ist es vorteilhaft
wenn
die Stirnwände auf der Mantelfläche eines gedachten Kegels liegend schräg auf die
Achse des Brenners zu geneigt angeordnet sind. Der so weit vorgerichtete BlechformkÖrper
wird sodann rundgebogen und nach dem Verschweißen In den Ringspalt eingesetzt.
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Zur Verbesserung der Luftzuführung zu der Flamme kann es darüber hinaus
von Vorteil sein, den Luftleitzylinder im Bereiche der BreiinstofPdilseiimütidung
mit einer konischen ring.scheibenartigen Stirnwandung zu verseheng deren Innere
Berandung in einem gewissen Abstand zu der Brennerdüsenmündung steht und die insbe'sondere
die aus den Luftzufuhrkanälen austretende Luft längs ihrer radialen Erstreckung
in die Flamme leitet.
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Im übrigen ist es auch möglich, eine sogo Drallflamme zu erzeugen,
was in einfacher Weise dadurch geschehen kann, daß die Achsen der Falten des Blechformteiles
bezüglich der Achse des Brenners tangentlal oder schraubenlinienförmig verlaufend
angeordnet werden. Dies läßt sich selbstverständlich auch dann verwirklichen, wenn
anstelle des gefalteten Blechformteiles einzelne Zwischenwände In den Ringspalt
zwischen dem Mantelrohr und dem Luftleitzylinder eingefügt sind. In diesem Falle
verlaufen die Längskanten der Zwischenwände In entsprechender Weise tangential oder
schraubenlinienförmig bezüglich der Brennerachse.
Um die Luftaustrittsgeschwindigkeit
aus den einzelnen Luftzufuhrkanälen Im Bereiche der BrennerdÜsenmündung verändern
zu könneng ist es zweckmäßigi den Luftleitzylinder axial verschleblich anzuordnen.
Darüber hinaus können zur Verbesserung des Wärmeüberganges in den der Gasabführ
und/oder der Luftzufuhr zugeordneten Kanälen Wirbelkörper vorgesehen werdenb die
beispielsweise die-Gestalt von Maschendrahtsieben aufweisen können& Da der Rekuperator
lediglich im Bereiche der Brennerdüsenmündung durch hohe Temperaturen beansprucht
wird, kann es aus Kostenersparnisgründen vorteilhaft sein, den Blechformkörper aus
Einzelblechstreifen unterschiedlicher Materialien zusammenzufügen.
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Ein erfindungsgemäß aufgebauter Brenner, der eingehend untersucht
wurde, zeigte die erwähnten eindeutigen Vorteile gegenüber den bekannten Bauarten,
So ergab der "Faltenrekuperator", der erfindungegemäß in dem verhältnismäßig kleinen
Ringspaltraum untergebracht Ist und demgemäß im Bereiche der Brennerdüsenmündung
genügend Platz für die Unterbringung der Brennerhilfseinrichtungeng wie Zündeinrichtungen
und dgl.. läßt, bei gleicher Länge und gleichem Außendurchmesser des Brenners gegenüber
vergleichbären bekannten Konstruktionen einen mehrfach größeren kF-Wert
(k Wärmedurchgangäzahl, F = WärmetAuscherfläche), wie die charakteristische
Größe für die Beurteilung der Wirksamkeit eines solchen Rekuperators definiert Ist,
Der
ausgeführte Brenner wies einen Mantelrohraußendurchmesser von 150 mm auf,
während die Länge den Rekuperators, de h" des gefalteten Blechformteil'es,
ca., 400 mm betrugi was der normalen Wandstärke eines Industrieofens entspricht,
so daß der Rekuperator, wie dies erwünscht ist, außen nicht vorragt* Bei einer Ofentemperatur
von 9500 C und einer Strahlrohrbelastung von 15 000 keal/h stellte
sich eine Abgaitemperatur von 350 0 C am Brennerausgang ein, was einem feuerungstechnischen
Wirkungsgrad von über 85 % entspricht* Die Plammenausbildung war, nicht zuletzt
auch wegen der vielfachen Unterteilung des Luftstromes, sehr günstiga wozu auch
die hohe Luftvorwärmung auf ca. 7500 C an der Brennerdüsenmündung
- also bis über die Zündtemperatur des Brennstoffes beitrug.
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Wegen des erzielten guten Wirkungsgrades kann bei dem neuen Brenner
für bestimmte Öfen auf eine Gas-Luft-Gemischregelung verzichtet werden, weil selbst
bei 100 % Luftüberschuß der Wirkungsgrad noch über 70 % liegt. Darüber
hinaus bringt insbesondere auch die niedere Abgastemperatur am Brennerausgang große
Vorteile mit sich. Es ist nämlich die Belästigung des Bedienungspersonals
durch Hitzeeinwirkung in der Umgebung des Ofens wesentlich geringer, was bei den
heutigen Anforderungen an die Arbeitshygiene von Bedeutuhg ist.
Ein
weiterer Vorteil der niederen Abgastemperatur am Brennerausgang liegt in der Möglichkeit,
die Abgaskanäle einseitig mit einer Saugzugeinriehtung zu verbinden, da ha
beispielsweise bei Strahlhelzrohren mit Saugbetrieb zu arbeiten. Bei Abgastemperaturen
unter 400 0 C treten nämlich für Saugzuggebläse und Drosselk2appen keine
größeren konstruktiven Probleme mehr auf. Es ist dann zweckmäßig". im Bereiche
des Lutteintrittes in die Luftzufuhrkanäle Luftmengenreguliereinrichtungen, beispielsweise
in'Gestalt von Düsen, vorzusehen, auf die am BrennstoffeJnl*,rit-.t den Brenners
vorgesehene Düsen abgestimmt werden können. Damit, entfällt die beim Druckbetrieb
erforder21che Lufl-verteilleitung ebenso wie die Gemischregelung. Der Brennstoff
wird mit Druck 0,
an die einzelnen Strahlrohre den Ofens geführt. Die eigentliehe
Meftgenregelung kann mit einem Drosselorgan in der Abgaeleitung von einem oder einer
Gruppe von Brennern bewirkt werden. Auch wird der Saugbetilleb bei mit solchen Brennern
ausgerüsteten Strahlrohren deshalb als günstig, angesehen, weil bei geringen Undichtigkeiten
an den Stralrlrohren kein Abgas in den Ofen gelangen und eine dort etwa vorhandene
Schutzgasatmosphäre beeinträchtigen kann.
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Im übrigen ist es auch möglich, eine besonders einfache Konstruktion
des Brenners f*ür Fälle vorzusehen, in denen eine Abgaszufuhr zum Ofeninnenraum
möglich oder sogar erwünscht bzw. notwendig ist. in diesem Falle kann in der Verlängerung
des Luftleitzylinders ein Innenrohrstummel vorgesehen werden, der in einen gelochten
Brennerstein mündet, während der Abgaseintritt in die Abgasabfuhrkanäle
in
einem Ringbereich zwischen dem Brennerstein und dem entsprechend verkürzten Mantelrohr
erfolgte, Die Erfindung Ist selbstverständlich nicht auf die Anwendung solcher Brenner
im Zusammenhang mit Manteletrihlheizrohren beschränkt. En können insbesondere
alle Öfen" die während den Betrieben geschlossen bleiben oder nur vorübergehehd
geöffnet werden müssen, vorteilhafterweine mit erfindungegemäßen Brennern ausgerüstet
werden, In der Zeichnung ist ein Ausführungebeispiel den Gegenstandes
der Erfindung dargestellt! Es zeigen: Fig. 1 ein Manteletrahlheizrohr
mit einem Brenner gemäß der Erfindung im axialen Schnitt, in einer Seitenansieht
und In schematischer Darstellung, Fig. 2 das Strahlhelzrohr nach Fig.
1 geschnitten längs der Linie II/II der Fig, 1 In einer Draufsicht
und Fig. 3 einen Induntriebrenner gemäß der Erfindugg in einer anderen Ausführungsform
im axialen Schnitt In einer Seitenansicht und In einer schematischen Darstellung@
Bei
der Ausführungotom nach den Fige 1-9 2 ist ein Mantelstrahlheizrohr vorgesehen,
das In eine Ofenwand 1 eingesetzt ist und ein Mantelrohr 2 aus hitzebeständigem
Material aufweist, welches einseitig bei 3 an der Ofeneinblechung 4 verankert
ist und im übrigen an seiner ofenseitigen Stirnseite bei 5 abgeschlossen
ist. Innerhalb des Mantelrohres 2 verläuft eine zentral angeordnete rohrtörmige
Brennsto#fdüse 6, die in einem Deckel 7 gehalten ist und der bei.8
Brennstoff, das ist Öl oder Gas, zugeführt werden kann* Bei 9
ist ein
Schauloch vorgesehen, während bei 10 die-ebenfalls in dem Deckel
7 gehaltene Zündelektrode angedeutet ist& Die Brennstoffdüse
6 ist von einem konzentrischen Luftleitzylinder 11 =geben, der mit
dem Mantelrohr 2 einen Ringspalt 12 begrenzt und im übrigen bei 13 an einem2ylindrischen
Fortsatz 14 des Deckels 7 axial verstellbar mittels einer Schraube
15 befestigt ist.
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In dem-Ringspalt 12 zwischen dem Luftleitzylinder 11 und dem
Mantelrohr 2 sind durch im wesentlichen radial sich erstreckende Zwischenwände
16 nebeneinanderliegende axiale Kanäle 17, 18 ausgebildet, die abwechselnd
mit Luft (Kanäle 17) oder im Gegenstrom mit Abgas (Kanäle 18) beautschlagbar
sind. Die Abgasabfuhrkanäle 18 sind mit einer Abgassammelleitung
19 verbunden, die*in einen Abgasabführstutzen 20 mündet, während die Luftzufuhrkanäle
17 mit einem Ringraum 21 in Verbindung steheng durch.den aus einer Luftzufuhrleitung
22 Luft in sie eintreten kann*
Die Unterteilung den Rings'palten
12 In die Kanäle 17, 181
d. h. die Ausbildung der Zwischenwände
16& Ist in der Weise vorgenommen, daß-in den Ringspalt 12 ein Blechformkörper
eingesetzt ist, der, wie aus Fig. 2 (linke Seite) ersichtlieh, ziehharmonikaartig
gefaltet Ist" wobei die Falten auf der einen Seite mit dem Mantelrohr 2 die axialen
Abgaskanäle 18 begrenzen und auf der anderen Seite die'mit Luftbeaufschlagbaren
Luftzufuhrkanäle 17 umschließen# Dieser allgemein mit 23 bezeichnete
gefaltete Blechtormteil besteht aus einem hitzebeständigen Material, wobei die Anordnung
derart getroffen sein kann, daß er aus Blechstreifen unterschiedlichen Materials
zusammengefügt Ist, weil lediglich im Bereiche der Mündung der Brennerdflise
6 eine höhere Temperaturbelastung gegeben Ist, Die Luttzutuhrkanäle
17
sind an der der Mündung der Brennerdüne 6 zugewandten Stirnseite
durch Stirnwände 24 verschlossen, die auf einem gedachten Xegel liegend schräg auf
die Brennerachse zu geneigt angeordnet sind und in deren Bereich die Zwischenwände
16,
wie aus Fig. 1 ersichtlich, ebenfalls schräg beschnitten sein können.
Der Luftleitzylinder 11 weist Im Bereiche der Brennerdüsenmündung eine konische
ringscheibenartige Stirnwand 25
auf, die, wie durch die in Fig,
1 eingezeichneten Pfeile angedeutet, die aus den Kanälen 17 austretende
Luft seitlich In die Flamme leitet,
An den Blechformkörper
23 Ist Im übrigen In der Verlängerung .den Luftleitzylindern
11 ein sog. Innenrohr angesetzt, das die Flame umgibt.und Im übrigen bei
solchen Mantelstrahlheizrohren regelmäßig vorgesehen wird» Es leitet die
bei der Verbrennung entstehenden Abgase, wie In Fige 1 durch Pfeile angedeutet,
in den Ringspalt 12, von wo aus sie In die Abgaskanäle 18 eintrbteng
während die Lutt;zutuhrkanäle 17 durch die Stirnwände 24 geschlossen
sindt, Während In Fig. 2 auf der linken Seite ein Blechformkörper 23 eingezeichnet
ist, dessen Zwischenwinde 16 Im wesentlichen radial verlaufen, so daß die
Kanten.der Falten parallel zur Brennerachse sich erstrecken, ist auf der
rechten Seite In Fig.' 2 ein Blechtormkörper 23a angedeutet& der derart gentaltef'Ist,
daß die Falten tangential zu der Brennerachne voriaufen, so-daß sich beim Luttaustritt
an der Mündung der Brennerdüse 6 ein mit einem Drall versehener Luftstrom
ergibt, wodurcheine Dralltlamme erzeugt wird* Die Falten können schraubenlinien:rörmig
verlaufen, wobei die Größe den Dralle den einzelnen Erfordernissen angepaßt worden
kann, In der Ausführungeform nach Fig, 3 Ist ein grundsätzlich ähnlicher
Brenner dargestellt, bei dem gleiche Teile mit gleichen Ziffern bezeichnet sind,
Das Innenrohr 26 ist Indiesem Falle jedoch In einen gelochten Brennerstein
27 eingefügt, während das Mantelrohr 21 auf den Ofeninnenraum zu offenist
und im übrigen bei 28 endet, Damit treten die aus dem Brennerstein
27 kommenden Abgase in den Ofeninnenraum
ein, von wo aus
sie durch einen zwischen dem Brennerstein 27
und der Stirnwand den Mantelrohren
21 (bei 28) befindlichen Ringraum 29 In die Abgaskanäle
18 eintreten könneng die im, einzelnen nicht weiter dargestellt sind, weil
die Anordnung insoweit vö-llig wie bei dem Brenner nach den Fige 1 und 2
getroffen Ist,